Пользовательский поиск

Влияние N-ацетильной группы субстрата (фрагмента NHR2). Фиксация фрагмента водородной и гидрофобными связями

Важный фрагмент в молекуле специфического субстрата — N-ацетильная группа. Она находится в непосредственной близко от реакционного центра. Поэтому фиксация N-ацетильного фрагмента должна приводить к ориентации и «замораживанию».

Продолжение ниже

Ферменты в нетрадиционных средах. Мицеллярная энзимология

Ферменты в естественных условиях работают в водной среде или на границе раздела фаз мембрана — водная среда. Развитие ме­тодов химической ...

Читать дальше...

всё на эту тему


Анализ структуры ацилферментов показывает, что фиксация NHR2 субстрата происходит за счет образования водородных связей с Ser-214 активного центра. Оказалось, что гидрофобность N-ацетильного фрагмента также оказывает влияние на его реакционную способность. По-видимому, фиксация этого фрагмента в активном центре фермента имеет сложную природу и происходит как за счет образования водородных связей, так и за счет гидрофобного взаимодействия. Этот вывод находит подтверждение при рассмотрении трехмерной структуры активного центра. Важным результатом работ является возможность предсказания реакционной способности субстратов различной структуры на основе данных по гидрофобности R и оценки вклада N-ацильной группы.

Таким образом, зная гидрофобность фрагментов субстрата, можно предсказать реакционную способность субстратов на всех стадиях процесса. Было показано, что теоретические оценки и экспериментальные значения к2, кl и Ks удовлетворительно согласуются. Следует отметить, что на стадии ацилирования (константа к2) гидрофобность фрагмента R2 играет отрицательную роль. Это объясняется, по-видимому, тем, что гидрофобное связывание фрагмента R2 в фермент-субстратном комплексе непродуктивно, т.е. гидрофобные взаимодействия не сохраняются при переходе системы в активированный комплекс. (Под продуктивным связыванием понимают способ фиксации субстрата в активном центре фермента, который сохраняется в переходном состоянии реакции на той или иной стадии процесса.) В то же время гидрофобное взаимодействие фрагмента R2 упрочняет фермент-субстратный комплекс (константа Ks) и практически не влияет на скорость реакции процесса деацилирования (константа к3).

Проведенный анализ показывает, что переход системы в активированный комплекс сопряжен с конформационной реорганизацией активного центра. При этом на каждой химической стадии процесса фрагменты структуры субстрата взаимодействуют с «узнающими» участками активного центра различным образом.

Трипсин: роль электростатических взаимодействий

Специфическими субстратами трипсина являются производные лизина и аргинина, несущие положительный заряд, удаленный от реакционного центра на шесть атомов углерода. Например, наибольшей реакционной способностью обладают синтетические субстраты: этиловый эфир N-бензоиларгинина и этиловый эфир N-бензоиллизина.

В то же время фермент трипсин эффективно гидролизует и большинство гидрофобных субстратов а-химотрипсина. Например, для этилового эфира N-бензоиламиномасляной кислоты параметры процесса гидролиза равны Ks = 2,3 • 10-13 моль/л, к2 = 0,45 с-1, к3 = = 1,3 с-1. Показано, что образование фермент-субстратного комплекса полностью определяется гидрофобными взаимодействиями. Стадии деацилирования ацилферментов, образуемых незаряженными субстратами, протекают с приблизительно одинаковыми скоростями. Введение в субстрат фрагмента, содержащего положительный заряд, в 102— 103 раз увеличивает скорость стадии образования ацилфермента 2).

Как показывают кинетические данные, электростатическое взаимодействие заряженного фрагмента с анионным центром в фермент-субстратном комплексе не реализовано. На стадии ацилирования наблюдается стабилизация переходного состояния за счет электростатических взаимодействий. Это говорит о том, что данный переход сопряжен с конформационным изменением, т. е. с некоторым неравновесным структурным изменением фермент-субстратного комплекса с дислокацией заряженного фрагмента субстрата и образованием ионной пары с анионным центром фермента.

Таким образом, в фермент-субстратном комплексе субстрат связан непродуктивно, и продуктивное связывание субстрата реализуется в процессе перехода в активированный комплекс. Можно утверждать, что специфическое «узнавание» ферментом субстрата объясняется весьма простыми физико-химическими причинами — ориентированной фиксацией фрагментов субстрата на сорбционном подцентре активного центра. В этом процессе участвуют разнообразные силы, характерные для белковых молекул: водородные связи, электростатические взаимодействия ионных пар, гидрофобная экстракция — «вытеснение» водой неполярных гидрофобных молекул друг к другу. Это слабые, но быстро протекающие взаимодействия. Эти взаимодействия формируют конфигурацию атомов, близкую по структуре к переходному состоянию. Вместе с тем, особенностью белковых молекул как катализаторов химических реакций является участие в механизме структурных перестроек конформационных изменений фермент-субстратных комплексов или интермедиатов. Действительно, все рассмотренные выше концепции, объясняющие специфичность ферментов (концепция напряжений и деформаций, концепция стерического и индуцированного соответствия, ориентирующей сорбции), в той или иной мере используют представление о структурной перестройке реагирующих частиц в процессе каталитического цикла. Необходимость такого рода изменений конформации субстрата, фермент-субстратного комплекса или промежуточных соединений вытекает из простых физических представлений. Ферментативная реакция — это сложный процесс с участием большого числа атомных ядер. Такого рода процессы не могут произойти в рамках одного элементарного акта. Поэтому ферменты вынужденно организуют процесс с участием последовательности метастабильных промежуточных соединений, живущих в интервале времени 10-9—10-3 с. Каждое промежуточное соединение — это измененное структурное образование, требующее адекватного взаимодействия с белковой глобулой. Белковая молекула вынуждена подстраиваться под изменения структуры реагентов, реализуя структурные переходные или конформационные изменения. Часто эти конформационные изменения направлены на облегчение протекания следующей или лимитирующей каталитической стадии.




© Авторы и рецензенты: редакционный коллектив оздоровительного портала "На здоровье!". Все права защищены.


 
Текст сообщения*
Защита от автоматических сообщений
Загрузить изображение
 

nazdor.ru
На здоровье!
Беременность | Лечение | Энциклопедия | Статьи | Врачи и клиники | Сообщество


О проектеКарта сайта β На здоровье! © 2008—2015
nazdor.ru, nazdor.com
Контакты Наш устав

Рекомендации и мнения, опубликованные на сайте, являются справочными или популярными и предоставляются широкому кругу читателей для обсуждения. Указанная информация не заменяет квалифицированную медицинскую помощь, основанную на истории болезни и результатах диагностики. Обязательно проконсультируйтесь с врачом.

Размещенные на сайте информационные материалы, включая статьи, могут содержать информацию, предназначенную для пользователей старше 18 лет согласно Федеральному закону №436-ФЗ от 29.12.2010 года "О защите детей от информации, причиняющей вред их здоровью и развитию".